[发明专利]一种针对粗颗粒土三轴试验应变传感器的安装设备及安装方法

说明书

本发明公开了一种针对粗颗粒土三轴试验应变传感器的安装设备及安装方法，所述传感器装置包括充填硅胶材料的PVC管，钢针和霍尔效应/LVDT传感器，并根据霍尔效应传感器位置及PVC管直径对制样桶进行钻孔改造。充填硅胶材料的PVC管预置于粗颗粒土试样内部，长度约2‑3cm；径向传感器位于试样中部，且圆弧形悬臂长度大于试样周长；两个轴向传感器对称于试样两边，且位于试样中部1/3处。试验时，将钢针刺入预置PVC管内以连接试样和传感器，进而通过三轴仪测量试样的轴向及径向应变情况，本发明的安装方法，简单易操作，可有效避免循环三轴实验中传感器底座失稳，围压水侵入试样等情况，进而有效地提升试验测量精度。

技术领域

本发明涉及粗粒土(粒径大于2mm的颗粒超过全重的50％)试验设备领域，具体为针对粗颗粒土三轴试验应变传感器的安装设备及安装方法。

背景技术

循环三轴试验是土力学中的重要试验，其试验原理是把一个圆柱形土样放到密闭的压力室内，通过施加各向均等的周围压力和轴向的偏差应力来模拟土体的实际受力情况，确定土体的抗剪强度参数以及弹塑性变形特性等。

对于细砂等强度较低的材料，循环三轴试验通常利用钢针固定传感器测量土体的轴向和径向变形。当材料颗粒较大(如粒料填料)或者试样密度过大时，试验则采用预置垫片的方式，将应变片置于试样中，通过螺栓安装霍尔效应/LVDT传感器在预置的垫片基础上，进而对土体的应变情况进行测量。由于螺栓安装破坏面较大，易导致围压水侵入试样，且为避免制样过程中对击实锤的干扰，预置垫片应设计较薄，当土颗粒较大或实验中试样变形较大时，预置垫片极易偏离设计位置，进而导致霍尔效应传感器测量精度降低或者完全失效。

本发明的目的在于提供一种针对粗颗粒土三轴试验应变传感器的安装设备及安装方法，实现粗颗粒土三轴试验的径向及轴向变形监测，避免循环三轴实验中传感器底座失稳，围压水侵入试样等情况，有效提升试验测量精度，具有制作便捷，成本低，安装方法简单易操作的优点。

发明内容

本发明针对现有粗颗粒土三轴试验测试技术中存在的问题，设计了一种针对粗颗粒土三轴试验应变传感器的安装设备及安装方法，可实现粗颗粒土三轴试验的径向及轴向变形监测，避免循环三轴实验中传感器底座失稳，围压水侵入试样等情况，有效提升试验测量精度，具有制作便捷，成本低，安装方法简单易操作的优点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种针对粗颗粒土三轴试验应变传感器的安装设备，包括：充填硅胶材料的PVC管，钢针和霍尔效应/LVDT传感器，制样桶。

制样桶需根据充填硅胶材料的PVC管直径，霍尔效应/LVDT传感器安装位置，进行钻孔改造。

充填硅胶材料的PVC管，具有一定强度。在分层击实制样过程中，根据安装位置和试样分层击实高度，计算充填硅胶材料的PVC管所处的土层位置，通过预先开凿于模具上的孔洞插入已充填硅胶的PVC管，预置于粗颗粒土试样内部，深度约2-3cm。制样结束后，切除制样模具外多余部分的已充填硅胶材料的PVC管。PVC管强度不宜过高，避免切除困难。

小于已充填硅胶材料的PVC管直径的钢针，插入预置充填硅胶材料的PVC管中(硅胶已干固成型)以连接试样和传感器。

霍尔效应传感器，包括径向传感器和轴向传感器。

两个轴向传感器对称于试样两边，且位于试样中部1/3处，通过钢针插入预置充填硅胶材料的PVC管以连接传感器与试样。

径向传感器位于试样中部，并处于轴向传感器内侧，圆弧形悬臂长度略大于试样周长，通过钢针插入预置充填硅胶材料的PVC管以连接衬垫与试样。

一种利用上述针对粗颗粒土三轴试验应变传感器的方法，包括如下步骤：

1)使用改造后的制样桶制作粗颗粒土试样，将充填硅胶材料的PVC管通过制样模具的预挖孔洞插入，预置于试样内部，深度约2-3cm，制样结束后，切除制样模具外多余的充填硅胶材料的PVC管部分。粗颗粒土试样呈圆柱体，且外壁上包裹有橡皮膜；